Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ АППАРАТОВ ДЛЯ ТРАВМАТОЛОГИИ И ХИРУРГИИ, ШИРОКОДИАПАЗОННЫХ ПО ПАРАМЕТРАМ НАГРУЗКИ
|
Список сокращений и условных обозначений 4
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХУЛЬТРАЗВУКОВЫХ
МЕДИЦИНСКИХ АПАРАТОВ ДЛЯ ТРАВМАТОЛОГИИ И ХИРУРГИИ 11
1.1 Биофизические основы применения ультразвука 11
1.2 Ультразвуковые аппараты для соединения, разделения и обработки биологических тканей 14
1.3 Особенности УЗМА при использовании пьезокерамических
излучателей 16
1.4 Выводы 22
ГЛАВА 2 ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УЛЬТРАЗВУКОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ АППАРАТОВ НА
ШИРОКОДИАПАЗОННУЮ НАГРУЗКУ 24
2.1 Работа генератора на пьезоизлучатель. Влияние собственной
емкости. Влияние нагрузки 26
2.2 Использование Lk для компенсации влияния нагрузки 30
2.3 Оценка путей и возможностей реализации фазо-частотного
регулирования пьезокерамических акустических систем 36
2.4 Выводы 45
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ АППАРАТОВ С
ПОВЫШЕННОЙ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ ДЛЯ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ТРАВМАТОЛОГИИ И ХИРУРГИИ 47
3.1 Разработка и исследование генератора с разделением
электрического и акустического резонансов без использования дополнительной индуктивности 47
3.2 Разработка и исследование генератора с разделением электрического и акустического резонансов с использованием
дополнительной индуктивности 58
3.3 Повышение мощности и надежности работы УЗМА для
травматологии и хирургии, широкодиапазонных по параметрам нагрузки 63
3.4 Разработка новых волноводов-инструментов для расширения
функциональных возможностей УЗМА для травматологии 67
3.5 Выводы 75
ГЛАВА 4 МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ АППАРАТОВ, ШИРОКОДИАПАЗОННЫХ ПО ПАРАМЕТРАМ НАГРУЗКИ 77
4.1 Влияние высокоамплитудных ультразвуковых колебаний на
костную ткань (чистка костной ткани, изменение процессов диффузии в костной ткани) 77
4.2 Влияние высокоамплитудных ультразвуковых колебаний на
костный клей (деполимеризация, разжижение, стеклование) 81
4.3 Влияние высокоамплитудных ультразвуковых колебаний на
пластиковые элементы эндопротеза (резка, подгонка, удаление) 88
4.4 Выводы 97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 102
ПРИЛОЖЕНИЕ А Акты внедрения и испытаний 112
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патенты 116
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХУЛЬТРАЗВУКОВЫХ
МЕДИЦИНСКИХ АПАРАТОВ ДЛЯ ТРАВМАТОЛОГИИ И ХИРУРГИИ 11
1.1 Биофизические основы применения ультразвука 11
1.2 Ультразвуковые аппараты для соединения, разделения и обработки биологических тканей 14
1.3 Особенности УЗМА при использовании пьезокерамических
излучателей 16
1.4 Выводы 22
ГЛАВА 2 ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УЛЬТРАЗВУКОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ АППАРАТОВ НА
ШИРОКОДИАПАЗОННУЮ НАГРУЗКУ 24
2.1 Работа генератора на пьезоизлучатель. Влияние собственной
емкости. Влияние нагрузки 26
2.2 Использование Lk для компенсации влияния нагрузки 30
2.3 Оценка путей и возможностей реализации фазо-частотного
регулирования пьезокерамических акустических систем 36
2.4 Выводы 45
ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА УЛЬТРАЗВУКОВЫХ АППАРАТОВ С
ПОВЫШЕННОЙ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ ДЛЯ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ТРАВМАТОЛОГИИ И ХИРУРГИИ 47
3.1 Разработка и исследование генератора с разделением
электрического и акустического резонансов без использования дополнительной индуктивности 47
3.2 Разработка и исследование генератора с разделением электрического и акустического резонансов с использованием
дополнительной индуктивности 58
3.3 Повышение мощности и надежности работы УЗМА для
травматологии и хирургии, широкодиапазонных по параметрам нагрузки 63
3.4 Разработка новых волноводов-инструментов для расширения
функциональных возможностей УЗМА для травматологии 67
3.5 Выводы 75
ГЛАВА 4 МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ АППАРАТОВ, ШИРОКОДИАПАЗОННЫХ ПО ПАРАМЕТРАМ НАГРУЗКИ 77
4.1 Влияние высокоамплитудных ультразвуковых колебаний на
костную ткань (чистка костной ткани, изменение процессов диффузии в костной ткани) 77
4.2 Влияние высокоамплитудных ультразвуковых колебаний на
костный клей (деполимеризация, разжижение, стеклование) 81
4.3 Влияние высокоамплитудных ультразвуковых колебаний на
пластиковые элементы эндопротеза (резка, подгонка, удаление) 88
4.4 Выводы 97
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 102
ПРИЛОЖЕНИЕ А Акты внедрения и испытаний 112
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патенты 116
Наряду с успехами теоретической и клинической медицины первоочередное значение в развитии здравоохранения приобретают новые разработки специализированных медицинских аппаратов и их широкое внедрение. Все более значимое место в лечебном аппаратном комплексе различных специализаций начинает занимать низкочастотная ультразвуковая хирургия. Безвредность, малая травматичность, простота и эффективность ультразвукового воздействия позволяет использовать его в клинической и практической медицине самых различных направлений.
Разработка и применение в хирургическом и травматологическом воздействии ультразвуковой низкочастотной аппаратуры является очевидно развивающимся направлением. Значительный вклад в развитие этого направления внесла научная школа МГТУ им. Н.Э.Баумана во главе с академиком Г.А.Николаевым и профессором В.И. Лощиловым, совместные работы которых с учеными медиками Поляковым В.А., Чемяновым Г.Г., Волковым М.В., Петровским Б.В., Петровым В.И. и другими позволили создать новые высокоэффективные методы и аппаратуру для ультразвукового воздействия на биологические ткани. Ими были разработаны основы ультразвуковой резки, расслоения, сварки, наплавки для различных областей медицины.
Несмотря на достигнутые успехи в области ультразвуковых медицинских технологий, последние могли бы развиваться значительно интенсивнее, если бы не недостаточная эффективность существующей медицинской ультразвуковой аппаратуры при работе на большие нагрузки и высокая стоимость оборудования, связанная со сложностью используемых решений и, практически, ручной настройки излучателей и инструментов-волноводов в резонанс.
Таким образом, разработка современных ультразвуковых медицинских аппаратов, широкодиапазонных по параметрам нагрузки, использующих относительно простые и эффективные решения, является безусловно актуальной задачей.
Цель работы: Разработка эффективных низкочастотных
высокоамплитудных ультразвуковых аппаратов для травматологии и хирургии, широкодиапазонных по параметрам нагрузки, и новых медицинских технологий на их основе.
Задачи работы:
1. Проанализировать ультразвуковые медицинские аппараты для хирургии и травматологии, производимые и предлагаемые к продаже, учитывая их мощность и эффективность работы излучателя при значительных нагрузках.
2. Исследовать частотные и нагрузочные характеристики
ультразвуковых пъезокерамических излучателей продольного типа,
используемых в травматологических медицинских аппаратах и определить возможные пути их улучшения для широкодиапазонных нагрузок.
3. Разработать методику выбора величины дополнительной индуктивности в контуре возбуждения ультразвукового излучателя, обеспечивающую повышенную устойчивость его работы на широкодиапазонные технологические нагрузки, что позволит значительно расширить функциональные возможности УЗ аппаратов для травматологии и хирургии.
4. Разработать принципиальную схему УЗ медицинского аппарата с повышенной выходной мощностью и нагрузочной способностью при работе на пьезокерамические излучатели.
5. Оценить эффективность применения разработанного аппарата для основных направлений использования УЗ в травматологии и хирургии.
Методы исследования
Теоретические и экспериментальные, основанные на теории электротехники и радиотехники, основах акустики, прикладной и вычислительной математике, прикладных программах для персонального компьютера, теории погрешностей.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обусловлена использованием стандартных методов расчета и исследования, а также использованием приборов, прошедших проверку в Омском центре стандартизации и метрологии, и подтверждена путем экспериментальных и клинических исследований.
Научная новизна работы:
1. Предложена и исследована математическая модель
пьезокерамического ультразвукового излучателя с дополнительными элементами, обеспечивающими повышение его нагрузочной способности.
2. Показана эффективность использования дополнительной
индуктивности в контуре питания УЗ излучателя при повышенных значениях нагрузки лишь при условии удержания излучателя на частоте акустического резонанса. Установлено, что дополнительная индуктивность повышает нагрузочную способность акустической системы, но снижает ее «акустическую эффективность», то есть рост проводимости, а соответственно, и рост тока через излучатель опережают рост амплитуды колебаний рабочего торца излучателя.
3. Предложена методика рационального выбора величины дополнительной индуктивности для уменьшения уровня снижения акустической эффективности излучателя, заключающаяся в том, что дополнительная индуктивность выбирается так, чтобы вместе с собственной емкостью пьезоматериала излучателя они образовывали колебательный контур с резонансной частотой, соответствующей второй гармонике частоты акустического резонанса излучателя.
4. Разработано и предложено устройство, обеспечивающее компенсацию влияния собственной емкости пьезокерамического излучателя на фазовые соотношения тока и напряжения возбуждения в рабочих режимах[Патент РФ на изобретение № RU 2510919, Заявка: 2012152570, 06.12.2012; Опубликовано: 10.04.2014. Транзисторный генератор для резонансных нагрузок. // Новиков А.А., Шустер Я.Б., Хазанов М.А., Лебедева Д.А.].Показано, что предложенное техническое решение обеспечивает возможность использования еще трех вариантов включения излучателя, наиболее рациональных для разных диапазонов изменения нагрузки, что позволяет использовать максимально простые и надежные системы фазовой автоподстройки частоты [Заявка на патент № 2014132015/20 (051432) РФ. Транзисторный генератор для резонансных нагрузок / Новиков А.А., Лебедева Д.А.] с устойчивым и широким частотным диапазоном регулирования, а также обеспечивает возможность увеличения нагрузочной способности излучателя.
Практическая ценность работы:
1. Предложены новые схемные решения УЗ аппаратов для травматологии и хирургии, обеспечивающие повышенную нагрузочную способность, надежность и расширение функциональных возможностей.
2. Разработаны новые ультразвуковые волноводы - инструменты, - (тройная елочка, трехвитковая спираль, диафизарный волновод-шуруп, угловой остеотом), расширяющие технологические и функциональные возможности УЗМА и используемые на различных этапах эндопротезирования.
3. Получены результаты экспериментальных и клинических исследований, подтверждающие эффективность предложенных решений для расширения диапазона рабочих нагрузок травматологических и хирургических УЗМА .
4. Электрофизические модели и схемные решения, разработанные в диссертационной работе, используются в учебном курсе «Ультразвуковая обработка материалов» для студентов специальности 22.03.01 «Материаловедение и технология материалов» в ФГБОУ ВПО Омский государственный технический университет.
Личный вклад автора
Основные научные теоретические и экспериментальные исследования, макетирование выполнены автором самостоятельно либо при его непосредственном участии.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Математическая модель пьезокерамического ультразвукового излучателя с дополнительными элементами, обеспечивающими повышение его нагрузочной способности.
2. Зависимость «акустической эффективности» акустической системы от соотношения параметров дополнительной индуктивности и собственной емкости пьезоматериала излучателя.
3. Методика рационального выбора величины дополнительной индуктивности для уменьшения уровня снижения акустической эффективности излучателя за счет образования колебательного контура с резонансной частотой, соответствующей второй гармонике частоты акустического резонанса излучателя.
4. Метод компенсации влияния собственной емкости
пьезокерамического излучателя на фазовые соотношения тока и напряжения возбуждения в рабочих режимах, обеспечивающий возможность использования еще трех вариантов включения излучателя, наиболее рациональных для разных диапазонов изменения нагрузки.
Апробация работы
Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
• IV Всероссийской научно - технической конференции «Россия
молодая: передовые технологии - в промышленность!». - Омск, 2011 г.
• V Всероссийской научно - технической конференции «Россия
молодая: передовые технологии - в промышленность!». - Омск, 2013 г.
• II Всероссийской конференции «Теория и практика Успеха». - Омск, 2014 г.
• VI Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине». - г. Троицк, г. Москва, 2014 г.
• Международная научно-практическая конференциж^огМ&Бшепсе» («Svet a veda» «Мир и наука»). - г. Брно, Чехия, 2014 г.
Публикации
Результаты выполненных исследований отражены в 12 печатных работах, в том числе в 2 изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, в 1 патенте на изобретение и в 1 патенте на полезную модель.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем страниц - 120, в том числе рисунков - 52, таблиц - 6, библиография содержит 95 наименований, приложений 2.
Разработка и применение в хирургическом и травматологическом воздействии ультразвуковой низкочастотной аппаратуры является очевидно развивающимся направлением. Значительный вклад в развитие этого направления внесла научная школа МГТУ им. Н.Э.Баумана во главе с академиком Г.А.Николаевым и профессором В.И. Лощиловым, совместные работы которых с учеными медиками Поляковым В.А., Чемяновым Г.Г., Волковым М.В., Петровским Б.В., Петровым В.И. и другими позволили создать новые высокоэффективные методы и аппаратуру для ультразвукового воздействия на биологические ткани. Ими были разработаны основы ультразвуковой резки, расслоения, сварки, наплавки для различных областей медицины.
Несмотря на достигнутые успехи в области ультразвуковых медицинских технологий, последние могли бы развиваться значительно интенсивнее, если бы не недостаточная эффективность существующей медицинской ультразвуковой аппаратуры при работе на большие нагрузки и высокая стоимость оборудования, связанная со сложностью используемых решений и, практически, ручной настройки излучателей и инструментов-волноводов в резонанс.
Таким образом, разработка современных ультразвуковых медицинских аппаратов, широкодиапазонных по параметрам нагрузки, использующих относительно простые и эффективные решения, является безусловно актуальной задачей.
Цель работы: Разработка эффективных низкочастотных
высокоамплитудных ультразвуковых аппаратов для травматологии и хирургии, широкодиапазонных по параметрам нагрузки, и новых медицинских технологий на их основе.
Задачи работы:
1. Проанализировать ультразвуковые медицинские аппараты для хирургии и травматологии, производимые и предлагаемые к продаже, учитывая их мощность и эффективность работы излучателя при значительных нагрузках.
2. Исследовать частотные и нагрузочные характеристики
ультразвуковых пъезокерамических излучателей продольного типа,
используемых в травматологических медицинских аппаратах и определить возможные пути их улучшения для широкодиапазонных нагрузок.
3. Разработать методику выбора величины дополнительной индуктивности в контуре возбуждения ультразвукового излучателя, обеспечивающую повышенную устойчивость его работы на широкодиапазонные технологические нагрузки, что позволит значительно расширить функциональные возможности УЗ аппаратов для травматологии и хирургии.
4. Разработать принципиальную схему УЗ медицинского аппарата с повышенной выходной мощностью и нагрузочной способностью при работе на пьезокерамические излучатели.
5. Оценить эффективность применения разработанного аппарата для основных направлений использования УЗ в травматологии и хирургии.
Методы исследования
Теоретические и экспериментальные, основанные на теории электротехники и радиотехники, основах акустики, прикладной и вычислительной математике, прикладных программах для персонального компьютера, теории погрешностей.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обусловлена использованием стандартных методов расчета и исследования, а также использованием приборов, прошедших проверку в Омском центре стандартизации и метрологии, и подтверждена путем экспериментальных и клинических исследований.
Научная новизна работы:
1. Предложена и исследована математическая модель
пьезокерамического ультразвукового излучателя с дополнительными элементами, обеспечивающими повышение его нагрузочной способности.
2. Показана эффективность использования дополнительной
индуктивности в контуре питания УЗ излучателя при повышенных значениях нагрузки лишь при условии удержания излучателя на частоте акустического резонанса. Установлено, что дополнительная индуктивность повышает нагрузочную способность акустической системы, но снижает ее «акустическую эффективность», то есть рост проводимости, а соответственно, и рост тока через излучатель опережают рост амплитуды колебаний рабочего торца излучателя.
3. Предложена методика рационального выбора величины дополнительной индуктивности для уменьшения уровня снижения акустической эффективности излучателя, заключающаяся в том, что дополнительная индуктивность выбирается так, чтобы вместе с собственной емкостью пьезоматериала излучателя они образовывали колебательный контур с резонансной частотой, соответствующей второй гармонике частоты акустического резонанса излучателя.
4. Разработано и предложено устройство, обеспечивающее компенсацию влияния собственной емкости пьезокерамического излучателя на фазовые соотношения тока и напряжения возбуждения в рабочих режимах[Патент РФ на изобретение № RU 2510919, Заявка: 2012152570, 06.12.2012; Опубликовано: 10.04.2014. Транзисторный генератор для резонансных нагрузок. // Новиков А.А., Шустер Я.Б., Хазанов М.А., Лебедева Д.А.].Показано, что предложенное техническое решение обеспечивает возможность использования еще трех вариантов включения излучателя, наиболее рациональных для разных диапазонов изменения нагрузки, что позволяет использовать максимально простые и надежные системы фазовой автоподстройки частоты [Заявка на патент № 2014132015/20 (051432) РФ. Транзисторный генератор для резонансных нагрузок / Новиков А.А., Лебедева Д.А.] с устойчивым и широким частотным диапазоном регулирования, а также обеспечивает возможность увеличения нагрузочной способности излучателя.
Практическая ценность работы:
1. Предложены новые схемные решения УЗ аппаратов для травматологии и хирургии, обеспечивающие повышенную нагрузочную способность, надежность и расширение функциональных возможностей.
2. Разработаны новые ультразвуковые волноводы - инструменты, - (тройная елочка, трехвитковая спираль, диафизарный волновод-шуруп, угловой остеотом), расширяющие технологические и функциональные возможности УЗМА и используемые на различных этапах эндопротезирования.
3. Получены результаты экспериментальных и клинических исследований, подтверждающие эффективность предложенных решений для расширения диапазона рабочих нагрузок травматологических и хирургических УЗМА .
4. Электрофизические модели и схемные решения, разработанные в диссертационной работе, используются в учебном курсе «Ультразвуковая обработка материалов» для студентов специальности 22.03.01 «Материаловедение и технология материалов» в ФГБОУ ВПО Омский государственный технический университет.
Личный вклад автора
Основные научные теоретические и экспериментальные исследования, макетирование выполнены автором самостоятельно либо при его непосредственном участии.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Математическая модель пьезокерамического ультразвукового излучателя с дополнительными элементами, обеспечивающими повышение его нагрузочной способности.
2. Зависимость «акустической эффективности» акустической системы от соотношения параметров дополнительной индуктивности и собственной емкости пьезоматериала излучателя.
3. Методика рационального выбора величины дополнительной индуктивности для уменьшения уровня снижения акустической эффективности излучателя за счет образования колебательного контура с резонансной частотой, соответствующей второй гармонике частоты акустического резонанса излучателя.
4. Метод компенсации влияния собственной емкости
пьезокерамического излучателя на фазовые соотношения тока и напряжения возбуждения в рабочих режимах, обеспечивающий возможность использования еще трех вариантов включения излучателя, наиболее рациональных для разных диапазонов изменения нагрузки.
Апробация работы
Основные результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
• IV Всероссийской научно - технической конференции «Россия
молодая: передовые технологии - в промышленность!». - Омск, 2011 г.
• V Всероссийской научно - технической конференции «Россия
молодая: передовые технологии - в промышленность!». - Омск, 2013 г.
• II Всероссийской конференции «Теория и практика Успеха». - Омск, 2014 г.
• VI Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине». - г. Троицк, г. Москва, 2014 г.
• Международная научно-практическая конференциж^огМ&Бшепсе» («Svet a veda» «Мир и наука»). - г. Брно, Чехия, 2014 г.
Публикации
Результаты выполненных исследований отражены в 12 печатных работах, в том числе в 2 изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, в 1 патенте на изобретение и в 1 патенте на полезную модель.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем страниц - 120, в том числе рисунков - 52, таблиц - 6, библиография содержит 95 наименований, приложений 2.
В диссертационной работе представлен обзор существующих ультразвуковых медицинских аппаратов для травматологии и хирургии.
Разработана математическая модель пьезокерамического ультразвукового излучателя с дополнительными элементами, обеспечивающими повышение его нагрузочной способности. Разработана методика рационального выбора величины дополнительной индуктивности для уменьшения уровня снижения акустической эффективности излучателя. Разработано устройство, обеспечивающее компенсацию влияния собственной емкости пьезокерамического излучателя на фазовые соотношения тока и напряжения возбуждения в рабочих режимах. Разработаны схемные решения УЗ аппаратов для травматологии и хирургии, обеспечивающие повышенную нагрузочную способность, надежность и расширение функциональных возможностей, также ультразвуковые волноводы - инструменты, используемые на различных этапах эндопротезирования: тройная елочка, трехвитковая спираль, диафизарный волновод-шуруп.
Проведены экспериментальные и клинические исследования, подтверждающие эффективность предложенных в диссертационной работе решений для расширения диапазона рабочих нагрузок травматологических и хирургических УЗМА.
Основные результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, сводятся к следующему:
1. Проведен анализ основных проблем УЗ аппаратов для травматологии и хирургии в клинических условиях. Установлено, что для расширения области применения и эффективности работы они требуют повышения выходной мощности и повышения нагрузочной способности.
2. Предложена и исследована математическая модель
пьезокерамического ультразвукового излучателя с дополнительными элементами, обеспечивающими повышение его нагрузочной способности.
3. Показана эффективность использования дополнительной
индуктивности в контуре питания УЗ излучателя при повышенных значениях нагрузки при условии удержания излучателя на частоте акустического резонанса. Установлено, что дополнительная индуктивность повышает нагрузочную способность акустической системы, но снижает ее «акустическую эффективность», то есть рост проводимости, а соответственно, и рост тока через излучатель опережают рост амплитуды колебаний рабочего торца излучателя.
4. Предложена методика рационального выбора величины дополнительной индуктивности для уменьшения уровня снижения акустической эффективности излучателя, заключающаяся в том, что дополнительная индуктивность выбирается так, чтобы вместе с собственной емкостью пьезоматериала излучателя они образовывали колебательный контур с резонансной частотой, соответствующей второй гармонике частоты акустического резонанса излучателя.
5. Разработано и предложено устройство [64], обеспечивающее
компенсацию влияния собственной емкости пьезокерамического излучателя на фазовые соотношения тока и напряжения возбуждения в рабочих режимах. Показано, что предложенное техническое решение обеспечивает возможность использования еще трех вариантов включения излучателя, наиболее
рациональных для разных диапазонов изменения нагрузки, что позволяет использовать максимально простые и надежные системы фазовой автоподстройки частоты [18], с устойчивым и широким частотным диапазоном регулирования, а также обеспечивает возможность увеличения нагрузочной способности излучателя.
6. Предложены новые схемные решения УЗ аппаратов для травматологии и хирургии, обеспечивающие повышенную нагрузочную способность, надежность и расширение функциональных возможностей.
7. Разработаны новые ультразвуковые волноводы - инструменты, -
(тройная елочка, трехвитковая спираль, диафизарный волновод-шуруп) расширяющие технологические и функциональные возможности УЗМА и используемые на различных этапах эндопротезирования.
8. Получены результаты экспериментальных и клинических исследований, подтверждающие эффективность предложенных решений для расширения диапазона рабочих нагрузок травматологических и хирургических
Разработана математическая модель пьезокерамического ультразвукового излучателя с дополнительными элементами, обеспечивающими повышение его нагрузочной способности. Разработана методика рационального выбора величины дополнительной индуктивности для уменьшения уровня снижения акустической эффективности излучателя. Разработано устройство, обеспечивающее компенсацию влияния собственной емкости пьезокерамического излучателя на фазовые соотношения тока и напряжения возбуждения в рабочих режимах. Разработаны схемные решения УЗ аппаратов для травматологии и хирургии, обеспечивающие повышенную нагрузочную способность, надежность и расширение функциональных возможностей, также ультразвуковые волноводы - инструменты, используемые на различных этапах эндопротезирования: тройная елочка, трехвитковая спираль, диафизарный волновод-шуруп.
Проведены экспериментальные и клинические исследования, подтверждающие эффективность предложенных в диссертационной работе решений для расширения диапазона рабочих нагрузок травматологических и хирургических УЗМА.
Основные результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, сводятся к следующему:
1. Проведен анализ основных проблем УЗ аппаратов для травматологии и хирургии в клинических условиях. Установлено, что для расширения области применения и эффективности работы они требуют повышения выходной мощности и повышения нагрузочной способности.
2. Предложена и исследована математическая модель
пьезокерамического ультразвукового излучателя с дополнительными элементами, обеспечивающими повышение его нагрузочной способности.
3. Показана эффективность использования дополнительной
индуктивности в контуре питания УЗ излучателя при повышенных значениях нагрузки при условии удержания излучателя на частоте акустического резонанса. Установлено, что дополнительная индуктивность повышает нагрузочную способность акустической системы, но снижает ее «акустическую эффективность», то есть рост проводимости, а соответственно, и рост тока через излучатель опережают рост амплитуды колебаний рабочего торца излучателя.
4. Предложена методика рационального выбора величины дополнительной индуктивности для уменьшения уровня снижения акустической эффективности излучателя, заключающаяся в том, что дополнительная индуктивность выбирается так, чтобы вместе с собственной емкостью пьезоматериала излучателя они образовывали колебательный контур с резонансной частотой, соответствующей второй гармонике частоты акустического резонанса излучателя.
5. Разработано и предложено устройство [64], обеспечивающее
компенсацию влияния собственной емкости пьезокерамического излучателя на фазовые соотношения тока и напряжения возбуждения в рабочих режимах. Показано, что предложенное техническое решение обеспечивает возможность использования еще трех вариантов включения излучателя, наиболее
рациональных для разных диапазонов изменения нагрузки, что позволяет использовать максимально простые и надежные системы фазовой автоподстройки частоты [18], с устойчивым и широким частотным диапазоном регулирования, а также обеспечивает возможность увеличения нагрузочной способности излучателя.
6. Предложены новые схемные решения УЗ аппаратов для травматологии и хирургии, обеспечивающие повышенную нагрузочную способность, надежность и расширение функциональных возможностей.
7. Разработаны новые ультразвуковые волноводы - инструменты, -
(тройная елочка, трехвитковая спираль, диафизарный волновод-шуруп) расширяющие технологические и функциональные возможности УЗМА и используемые на различных этапах эндопротезирования.
8. Получены результаты экспериментальных и клинических исследований, подтверждающие эффективность предложенных решений для расширения диапазона рабочих нагрузок травматологических и хирургических